一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)及SO₂吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)及SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，屬于氨法煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明基于噴淋塔氨法煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)，選取噴淋塔內(nèi)漿液pH值、煙氣流速ug和液氣比L/Q為參數(shù)，先計(jì)算出不同pH值、煙氣流速ug及液氣比L/Q條件下的氨法脫硫SO2吸收傳質(zhì)速率ky，然后采用數(shù)值擬合的方法重新構(gòu)建出具有普遍適用性的氨法脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)ky′的表達(dá)式。采用本發(fā)明的方法得到的氨法脫硫SO2傳質(zhì)系數(shù)能夠全面、準(zhǔn)確的反映工藝操作條件對SO2傳質(zhì)吸收過程的影響，且具有普遍適用性，能夠?yàn)閮?yōu)化氨法脫硫吸收塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供理論指導(dǎo)，具有較強(qiáng)的實(shí)際意義和工程應(yīng)用價(jià)值，且其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差小于14.77％。
【專利說明】
一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)及S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于氨法煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng) 及S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化硫(S02)是我國目前危害僅次于可吸入顆粒物的主要大氣污染物，但它同 時(shí)也是一種重要資源，目前我國脫硫方法主要采用石灰石-石膏法脫硫工藝，一是因?yàn)槊摿?劑石灰石來源豐富且價(jià)格便宜，二是因?yàn)槭沂?石膏法技術(shù)在國外相當(dāng)成熟且公開，獲取 容易。但是該方法所用系統(tǒng)較復(fù)雜、投資多、占地面積大，且容易產(chǎn)生二次污染、運(yùn)行費(fèi)用 高，中小熱電廠難以承受，從而限制了該法的應(yīng)用。
[0003] 氨法脫硫是以化學(xué)反應(yīng)活性較高的氨(NH3)為脫硫劑吸收煙氣中的S02,系統(tǒng)動(dòng)力 消耗低，在高效脫除so 2的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)硫資源的回收，得到硫酸銨副產(chǎn)品（該過程涉及的 主要反應(yīng)如下（1)~（5)式），且無廢水和廢渣的排放，符合我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)建節(jié)約型 社會(huì)的政策需求，成為緩解上述石灰石-石膏法脫硫工藝存在問題的有效途徑，該技術(shù)目前 在我國大中型燃煤煙氣脫硫項(xiàng)目上也逐步得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)展前景良好。
[0004] 2NH3+H20+S〇2^ (NH4) 2SO3 (1)
[0005] (NH4)2S〇3+S〇2+H2〇-2NH4HS〇3 (2)
[0006] NH4HS〇3+NH3-(NH4)2S〇3 (3)
[0007] (NH4) 2 S03+1 /2〇2^ (NH4) 2 S04 (4)
[0008] NH4HS〇3+l/2〇2^NH4HS〇4 (5)
[0009] 吸收塔是氨法脫硫工藝的核心設(shè)備，工程上普遍采用的是噴淋吸收塔。目前，我國 氨法煙氣脫硫噴淋塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行主要依據(jù)流場模擬對氣、液流速分布進(jìn)行優(yōu)化，以及根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制pH值和停留時(shí)間等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中很難達(dá)到技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的 最優(yōu)組合，且容易發(fā)生明顯的氨的揮發(fā)性損耗和硫酸銨氣溶膠逃逸等問題。另外，2012年1 月1日開始實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)進(jìn)一步收緊了 S02和顆粒 物的排放濃度限值，這就對現(xiàn)有氨法脫硫技術(shù)提出了更高的要求。研究并確立氨法煙氣脫 硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式，是對氨法脫硫噴淋塔工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行有效優(yōu)化的關(guān) 鍵，對實(shí)現(xiàn)該"綠色"脫硫技術(shù)的尚效、穩(wěn)定運(yùn)彳丁，提尚氣法脫硫效率以及抑制氣的揮發(fā)性損 耗和氣溶膠粒子的逃逸具有重要的意義。
[0010] 目前，有關(guān)氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)方面的研究尚未見報(bào)道，國內(nèi)外學(xué)者通過對 與之相關(guān)的S02吸收反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和吸收過程建模進(jìn)行了一些研究，比較典型的有:Gao X等 (Applied Energy，2010,87(8):2647~2651)依據(jù)氨法脫硫?qū)嵸|(zhì)上是以（NH4)2S03來吸收S〇2 這一特點(diǎn)，對(NH 4) 2S03吸收S02的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明當(dāng)(NH 4) 2S03濃度在 0.05mol/L以下時(shí)，吸收過程由氣膜和液膜共同控制，當(dāng)（NH4) 2S03濃度在0.05mol/L以上時(shí) 由氣膜控制，且吸收反應(yīng)速率與(NH4) 2S〇3濃度無關(guān)，與初始S02濃度呈0.6級響應(yīng)。陳梅倩等 對氨法脫硫化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并建立了氨法脫硫反應(yīng)的Arrhenius方程(環(huán) 境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005,25(7):886~890)。劉國榮（化工學(xué)報(bào)，2010,61(9):2463~2467)和彭健 (高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2011，25(6): 1073~1077)等基于氣相傳質(zhì)系數(shù)和液相傳質(zhì)系數(shù)相等 這一原理，建立數(shù)學(xué)模型分別對噴淋塔和濕壁塔氨法脫硫過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。上述氨法 脫硫吸收反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及模型的研究為氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了很多有價(jià)值的參 考。然而，氨法脫硫過程中，吸收漿液的pH值沿吸收段高度方向上逐漸下降，液相中+4價(jià)硫 濃度及30 2、出503、11303與8032_之間的平衡均不斷變化，50 2吸收是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，現(xiàn)有氨 法脫硫S02吸收模型的氣相傳質(zhì)推動(dòng)力的計(jì)算未從氣-液動(dòng)態(tài)平衡的角度出發(fā)，且對S0 2吸收 傳質(zhì)系數(shù)的簡化程度較大，考察不全面，一般僅考慮了漿液的物理化學(xué)特性，從而導(dǎo)致不能 夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映氨法脫硫工藝中的傳質(zhì)過程，進(jìn)而導(dǎo)致對氨法脫硫噴淋塔及脫硫工藝 的優(yōu)化設(shè)計(jì)不理想，不能夠有效地用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程。
[0011] Codolo M C等(International Journal of Heat and Mass Transfer，2013,66: 80~89)對噴淋塔NaOH溶液吸收S02的體積傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了研究，考察了煙氣流速、液體流 速、噴嘴直徑等因素的影響。Kaji R等（Journal of Chemical Engineering of Japan， 1985，18:169~172)采用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)的方式研究了NaOH溶液吸收S02的傳質(zhì)系數(shù)。然而，上述 文獻(xiàn)均是對噴淋塔NaOH溶液吸收S0 2的體積傳質(zhì)系數(shù)的研究，其體積傳質(zhì)系數(shù)是在特定的 實(shí)驗(yàn)條件下獲得的，實(shí)驗(yàn)環(huán)境及條件與氨法脫硫工藝懸殊較大，因此獲得的體積傳質(zhì)系數(shù) 在其它吸收設(shè)備中也就不具有通用性，不能夠反映氨法脫硫工藝中的傳質(zhì)過程。此外，由于 考慮不全面，上述研究中得出的體積傳質(zhì)系數(shù)也不能真實(shí)地反映其傳質(zhì)過程。
[0012] 因此，研究并建立具有普遍適用性的氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式，且能夠 全面、準(zhǔn)確的反映出不同工藝條件下s〇 2的吸收速率，對指導(dǎo)并優(yōu)化氨法脫硫噴淋塔的設(shè)計(jì) 和運(yùn)行，提高脫硫效率具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0014] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有氨法脫硫噴淋塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)易發(fā)生明顯的氨的揮發(fā)性 損耗和硫酸銨氣溶膠逃逸等問題，不能真實(shí)地模擬氨法脫硫工藝過程，以及現(xiàn)有氨法脫硫 S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)不能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映氨法脫硫工藝中S02的吸收過程，從而導(dǎo)致不能用 于有效地指導(dǎo)氨法脫硫噴淋塔工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的不足，提供了一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng) 及S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法。本發(fā)明的氨法脫硫噴淋塔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠真實(shí)地模擬工業(yè) 中的氨法脫硫工藝過程，有效避免氨的揮發(fā)性損耗及硫酸銨氣溶膠的逃逸現(xiàn)象;采用本發(fā) 明的s〇 2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法對s〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到的s〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)能 夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映氨法脫硫工藝中s〇 2的吸收過程，且具有普遍適用性，從而能夠?yàn)榘狈?脫硫噴淋塔的精確設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制提供理論依據(jù)，有利于推動(dòng)氨法煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展。
[0015] 2 ?技術(shù)方案
[0016] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0017] 本發(fā)明的一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，包括噴淋塔本體，該噴淋塔本體內(nèi)部自上而 下依次包括除霧區(qū)、噴淋區(qū)和漿液槽，除霧區(qū)設(shè)有除霧器，除霧器的上方設(shè)有煙氣出口，所 述噴淋區(qū)設(shè)有噴淋管，噴淋管的進(jìn)水口通過循環(huán)管道及循環(huán)栗與漿液槽底部相連通，還包 括氣壓式加氨系統(tǒng)，該氣壓式加氨系統(tǒng)包括氨水罐和氣栗，氨水罐的進(jìn)氣口通過管道與氣 栗相連，且氨水罐的出液口通過管道與循環(huán)栗的輸出口相連。
[0018] 更進(jìn)一步地，所述噴淋塔本體側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口通過進(jìn)氣管與混合罐相連，該 混合罐分別通過管道與S02鋼瓶及氧化風(fēng)機(jī)相連，來自S0 2鋼瓶的S02氣源與來自氧化風(fēng)機(jī)的 空氣經(jīng)混合罐混合均勻后通過噴淋塔本體側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口管道進(jìn)入噴淋塔本體內(nèi)部。
[0019] 本發(fā)明的一種氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算方法，該方法基于噴淋塔氨 法煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)，選取噴淋塔內(nèi)漿液pH值、煙氣流速udP液氣比L/Q為參數(shù)，先計(jì)算 出不同pH值、煙氣流速％及液氣比L/Q條件下的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率ky，然后采用數(shù)值 擬合的方法重新構(gòu)建出具有普遍適用性的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式。
[0020] 更進(jìn)一步地，所述噴淋塔內(nèi)漿液pH值的范圍為4.5~6.0，煙氣流速％的范圍為2.0 ~4.0m/s，液氣比L/Q的范圍為2.0~4.0L/m 3。
[0021] 更進(jìn)一步地，該計(jì)算方法的具體步驟如下：
[0022]步驟一、確定如下參數(shù):氨法脫硫系統(tǒng)噴淋塔的D、G、L、pH、P、Q、T、yi、y2、Z、P、y、v、 〇;
[0023]其中，D為噴淋塔直徑，通過直接測量得出，單位m;L為漿液噴淋量，通過流量計(jì)測 量得出，單位為L/h;pH為噴淋塔內(nèi)漿液pH值，由pH計(jì)測量得到;P為煙氣總壓力，近似與大氣 壓相等，為l〇1325Pa; Q為煙氣流量，通過流量計(jì)測量得出，單位m3/h; T為煙氣溫度，通過溫 度傳感器測量得出，單位K;G為煙氣摩爾流率，根據(jù)公式G=1(T3 ? PQ/(RTjtD2)/4計(jì)算得出， 單位為kmol/(m2 ? h) ;yi、y2分別為噴淋塔進(jìn)口、出口煙氣中S〇2的摩爾分率，由煙氣分析儀 測得，單位均為ppm; Z為噴淋塔吸收區(qū)高度，直接測量得到，單位m; P為噴淋塔內(nèi)漿液密度， 通過密度計(jì)測量得到，單位kg/m3;漿液的粘度y和表面張力〇分別利用粘度計(jì)和表面張力儀 測得，其單位分別為Pa ? s和N/m;v為漿液的運(yùn)動(dòng)粘度，根據(jù)公式V = y/P計(jì)算得出，單位m2/ s；
[0024]步驟二、氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)速率的計(jì)算：啟動(dòng)氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，改變 漿液pH值、煙氣流速ug和漿液噴淋量L，測定不同pH值、煙氣流速％和液氣比L/Q條件下噴淋 塔進(jìn)、出口煙氣中S0 2的濃度yi、y2，通過對液滴運(yùn)動(dòng)和塔壁液膜流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算，確定氣-液 傳質(zhì)接觸面積a，進(jìn)而計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率ky;
[0025]步驟三、氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式的構(gòu)建：
[0026]選取pH值、煙氣流速也和液氣比L/Q為參數(shù)，構(gòu)建S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式如下：
[0027] :QT' ⑴，
[0028] 上式中ko為系數(shù)，X1、X2和X3均為指數(shù)，對上式兩邊取對數(shù)可得：
[0029] In k/y=ln ko+xiln pH+X2ln ug+X3ln(L/Q) (2)，
[0030]將步驟二中通過測量計(jì)算所得的氨法脫硫S〇2吸收傳質(zhì)速率ky與pH、ug及L/Q按公 式(2)進(jìn)行多元線性擬合，確定系數(shù)k〇及指數(shù)X1、X2和X3的值，進(jìn)而重新構(gòu)建出氨法脫硫50 2吸 收傳質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式。
[0031]更進(jìn)一步地，步驟二中不同條件下的氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì)速率ky根據(jù)如下公式進(jìn) 行計(jì)算：
[0033]式(3)中，a為噴淋塔內(nèi)氣-液傳質(zhì)接觸面積，單位為m2/m3，包含兩部分:一是噴淋塔 內(nèi)液滴的比表面積Ad/ (( JtD2/4 ) Z)，m2/m3;二是噴淋塔壁液膜的比表面積Am/ (( jtD2/4) Z)，m2/ m3,因此公式(3)可表述為如下形式：
[0035]更進(jìn)一步地，所述噴淋塔微元內(nèi)液滴的表面積Ad根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0037]上式(5)中，Ld為以液滴形式存在的漿液噴淋量，單位為L/h; Ud為液滴的下落速度， 單位m/s; d為液滴的Sauter平均直徑，單位為m，液滴直徑d根據(jù)如下公式(6)進(jìn)行計(jì)算： [0038] d = 133.0.(D/2).We-0.74 (6)，
[0039]上式中，韋博數(shù)We根據(jù)公式(7)進(jìn)行計(jì)算：
[0041]上式中，4為噴嘴衆(zhòng)液的噴出速度，單位為m/ s，根據(jù)動(dòng)量守丨旦方程/hi 〃丨;喝?! 2進(jìn) 行計(jì)算，其中，nu為噴嘴噴出漿液的質(zhì)量流量，單位為kg/s，通過測量得到為噴嘴運(yùn)行壓 力，單位為MPa，通過測量得到;d k為噴嘴孔徑，單位m; 〇為漿液表面張力，N/m;
[0042] 公式(5)中液滴下落速度Ud表述為：
[0044] 該公式中，g為重力加速度，單位為m/s2;Pd、Pg分別為液滴密度和氣體密度，單位均 為kg/m 3，其中液滴密度Pd即為噴淋塔內(nèi)漿液密度P; ug為氣體速度，單位m/s，通過下式計(jì)算 得到：
[0045] ug = Q/(360〇JiD2)/4 (9)，
[0046]公式(8)中Cd為曳力系數(shù)，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：
[0048]上式中，雷諾數(shù)Red根據(jù)公式（11)進(jìn)行計(jì)算：
[0050]液滴的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0051 ] uAdt = dz ( 12)?
[0052]聯(lián)立公式(5)~（12)，沿噴淋塔吸收區(qū)高度方向上積分即計(jì)算出液滴表面積Ad; [0053]所述噴淋塔壁液膜的面積^按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0054] Am=^(D-2hm) ? dz (13)，
[0055] 式(13)中，hm為噴淋塔壁液膜厚度，單位為m，根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0057]上式中，Rem為液膜流動(dòng)雷諾數(shù)，根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0058] Rem=4LmP/jidli (15)，
[0059] 公式（15)中，Lm為塔壁液體流量，L/h;聯(lián)立公式（13)~（15)，沿噴淋塔吸收區(qū)高度 方向上積分即計(jì)算出噴淋塔壁液膜面積A m。
[0060] 更進(jìn)一步地，塔壁液體流量Lm和以液滴形式存在的漿液量Ld分別近似為總漿液流 量L 的 8%、92%。
[0061 ]如表1所示為本發(fā)明中的參數(shù)說明。
[0062]表1本發(fā)明中的參數(shù)說明

[0065] 3 ?有益效果
[0066] 采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
[0067] (1)本發(fā)明的一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，通過氣壓式加氨系統(tǒng)對向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充吸 收劑順 3,從而可以有效克服采用高位槽和栗來加氨帶來的氨的揮發(fā)問題。通過該噴淋塔系 統(tǒng)對工業(yè)中的氨法脫硫工藝進(jìn)行模擬，能夠更加真實(shí)地反映氨法脫硫工藝過程，從而為工 業(yè)中氨法脫硫噴淋塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠依據(jù)。
[0068] (2)本發(fā)明的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，該方法基于噴淋塔氨法 煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)，選取噴淋塔內(nèi)漿液pH值、煙氣流速udP液氣比L/Q為參數(shù)，先計(jì)算出 不同pH值、煙氣流速％及液氣比L/Q條件下的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率ky，然后采用數(shù)值擬 合的方法重新構(gòu)建出具有普遍適用性的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式。采用本發(fā) 明的方法得到的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)k/能夠更加真實(shí)、準(zhǔn)確地反映氨法脫硫工 藝中的S0 2傳質(zhì)吸收過程，從而能夠直接、有效地用于指導(dǎo)氨法脫硫噴淋塔及脫硫工藝的優(yōu) 化設(shè)計(jì)與運(yùn)行，有利于提高氨法脫硫工藝的脫硫效率，更具有實(shí)際意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0069] (3)本發(fā)明的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，通過對噴淋塔內(nèi)液滴運(yùn) 動(dòng)和塔壁液膜流動(dòng)的理論分析，在計(jì)算氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率的過程中全面考慮了噴 淋液滴面積和塔壁液膜面積的影響，從而保證建立的傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式不只是針對特定的噴 淋吸收塔有效，具有普遍適用性。
[0070] (4)本發(fā)明的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，通過該方法得到的氨法 煙氣脫硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式更加準(zhǔn)確，對該表達(dá)式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明采用本 發(fā)明獲得的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算得到的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的誤差較小，小于14.77%。
【附圖說明】
[0071 ]圖1為本發(fā)明的氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0072]圖2為本發(fā)明的噴淋塔氨法脫硫的物理模型圖；
[0073]圖3為本發(fā)明的噴淋塔氨法脫硫S02吸收物料的平衡示意圖。
[0074] 不意圖中的標(biāo)號說明：
[0075] 1、S02鋼瓶;2、減壓閥；3、穩(wěn)流器;4、風(fēng)機(jī);5、流量計(jì);6、取樣口； 7、混合罐;8、氣栗； 9、除霧器;10、噴淋塔;11、漿液槽;12、循環(huán)栗;13、控制柜;14、氨水罐;15、煙氣分析儀。
【具體實(shí)施方式】
[0076] 為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0077] 實(shí)施例1
[0078] 1、氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定
[0079]本實(shí)施例的氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)如圖1所示，噴淋塔直徑D為0.3m，吸收區(qū)高度Z為 2.0m。該氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)包括噴淋塔本體10，該噴淋塔本體10內(nèi)部自上而下依次包括 除霧區(qū)、噴淋區(qū)和漿液槽11，除霧區(qū)設(shè)有除霧器9，除霧器9的上方設(shè)有煙氣出口，該煙氣出 口與尾氣排放管道相連，且尾氣排放管道上設(shè)有控制柜13。所述噴淋區(qū)設(shè)有噴淋管，該噴淋 管的進(jìn)水口通過循環(huán)管道及循環(huán)栗12與漿液槽11底部相連通。漿液槽11底部還通過管道與 氣栗8相連。來自S0 2鋼瓶1的S02氣源與來自氧化風(fēng)機(jī)4的空氣經(jīng)混合罐7混合均勻后通過噴 淋塔本體10側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口管道進(jìn)入噴淋塔本體10內(nèi)部，由噴淋塔下部向上流過噴淋 區(qū)并與噴淋而下的液滴逆流接觸，以(NH4) 2S〇3-NH4HS〇3混合溶液為基礎(chǔ)對s〇2進(jìn)行吸收。 [0080]漿液中，對s〇 2起吸收作用的是(NH4)2S〇3，NH4HS〇3不具有吸收s〇2的能力。隨著吸收 反應(yīng)的進(jìn)行，吸收液中NH 4HS〇3的濃度逐漸增大，漿液吸收s〇2的能力開始下降，為了維持漿 液的吸收能力，需要向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充吸收劑順 3,使部分NH4HS03轉(zhuǎn)化為(NH4)2S〇3。吸收劑NH3的 補(bǔ)給采用氣壓式加氨系統(tǒng)，該氣壓式加氨系統(tǒng)包括氨水罐14和氣栗8,氨水罐14的進(jìn)氣口通 過管道與氣栗8相連，且氨水罐14的出液口通過管道與循環(huán)栗12的輸出口相連，利用氣栗8 提供的空氣的壓力將氨水(含量25~28wt. %)從氨水罐14中壓出，經(jīng)氨水罐14的出液管道 上的流量計(jì)5調(diào)節(jié)流量后，在漿液循環(huán)栗12入口處與漿液進(jìn)行混合，有效地克服了采用高位 槽和栗來加氨帶來的氨的揮發(fā)問題。氧化空氣量根據(jù)單位時(shí)間吸收的S0 2的量確定，由氣栗 8來提供。本實(shí)施例中，所述S02鋼瓶1與混合罐7之間的管道上設(shè)有減壓閥2和穩(wěn)流器3,所述 氧化風(fēng)機(jī)4的出氣管道、氣栗8與漿液槽11之間的管道以及氨水罐14的出液管道均設(shè)有流量 計(jì)5。所述噴淋塔本體10側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口管道、與噴淋管相連的循環(huán)管道以及噴淋塔本 體10頂部的尾氣排放管道上均設(shè)有取樣口 6,通過煙氣分析儀15對噴淋塔本體10的進(jìn)口和 出口煙氣進(jìn)行分析。通過該噴淋塔系統(tǒng)對工業(yè)中的氨法脫硫工藝進(jìn)行模擬，能夠更加真實(shí) 地反映氨法脫硫工藝過程，從而為工業(yè)中氨法脫硫噴淋塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠依 據(jù)。
[0081 ]本實(shí)施例的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，該方法基于噴淋塔氨法 煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)，選取噴淋塔內(nèi)漿液pH值、煙氣流速udP液氣比L/Q為參數(shù)，先計(jì)算出 不同pH值、煙氣流速也及液氣比L/Q條件下的氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率ky，然后采用數(shù)值擬 合的方法重新構(gòu)建出具有普遍適用性的氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式，該方法適 用于噴淋塔內(nèi)漿液pH值的范圍為4.5~6.0，煙氣流速ug的范圍為2.0~4. Om/S，液氣比L/Q 的范圍為2.0~4. OL/m3的情況，其具體步驟為：
[0082]步驟一、確定如下參數(shù):氨法脫硫系統(tǒng)噴淋塔的D、G、L、pH、P、Q、T、yi、y2、Z、P、y、v、 〇;
[0083]其中，D為噴淋塔直徑，通過直接測量得出，單位m;L為漿液噴淋量，通過流量計(jì)測 量得出，單位為L/h;pH為噴淋塔內(nèi)漿液pH值，由pH計(jì)測量得到;P為煙氣總壓力，近似與大氣 壓相等，為l〇1325Pa; Q為煙氣流量，通過流量計(jì)測量得出，單位m3/h; T為煙氣溫度，通過溫 度傳感器測量得出，單位K;G為煙氣摩爾流率，根據(jù)公式G=1(T3 ? PQ/(RTjtD2)/4計(jì)算得出， 單位為kmol/(m2 ? h)，該式中R為氣體狀態(tài)常數(shù)，單位為J/(mol ? K) ;yi、y2分別為噴淋塔進(jìn) 口、出口煙氣中S02的摩爾分率，由煙氣分析儀測得，單位均為ppm;Z為噴淋塔吸收區(qū)高度， 直接測量得到，單位m; P為噴淋塔內(nèi)漿液密度，通過密度計(jì)測量得到，單位kg/m3;漿液的粘 度y和表面張力〇分別利用粘度計(jì)和表面張力儀測得，其單位分別為Pa ? s和N/m;v為漿液的 運(yùn)動(dòng)粘度，根據(jù)公式v=lVf?計(jì)算得出，單位m2/s。
[0084] 步驟二、氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)速率的計(jì)算：
[0085] 啟動(dòng)氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，改變漿液pH值、煙氣流速ug和漿液噴淋量L，測定不同 pH值、煙氣流速％和液氣比L/Q條件下噴淋塔進(jìn)、出口煙氣中S0 2的濃度yi、y2，通過對液滴運(yùn) 動(dòng)和塔壁液膜流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算，確定氣-液傳質(zhì)接觸面積a，進(jìn)而計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的 氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率ky，如表2所示為不同pH值、煙氣流速udP液氣比L/Q條件下計(jì)算 得到的S0 2吸收傳質(zhì)速率ky。具體的，本實(shí)施例以表2中序號1實(shí)驗(yàn)為例，詳細(xì)描述氨法脫硫 S0 2吸收傳質(zhì)速率ky的計(jì)算過程。控制實(shí)驗(yàn)條件漿液pH為5.5，煙氣流速％為1.76m/s，漿液噴 淋量L為1350L/h，液氣比3L/m 3，T為323.151(，實(shí)驗(yàn)測得進(jìn)口302濃度71為36(^111，出口30 2濃 度y2為 184ppm。
[0086]氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)速率ky根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0088]式(3)中，a為噴淋塔內(nèi)氣-液傳質(zhì)接觸面積，單位為m2/m3,因此要想計(jì)算得到吸收 傳質(zhì)速率ky，必須要先計(jì)算出噴淋塔內(nèi)氣-液傳質(zhì)接觸面積a，噴淋塔內(nèi)氣-液傳質(zhì)接觸面積 a包含兩部分:一是噴淋塔內(nèi)液滴的比表面積Ad/(UD 2/4)Z)，m2/m3;二是噴淋塔壁液膜的比 表面積Am/((3iD 2/4)Z)，m2/m3,因此公式(3)可表述為如下形式：
[0090]沿噴淋塔高度方向上將吸收塔劃分為多個(gè)微元，由于微元高度很小，假定微元內(nèi) 液滴下落的速度不變，另外，忽略液滴的凝并和破碎，液滴直徑采用Sauter平均直徑。因此， 噴淋塔微元內(nèi)液滴的表面積Ad可表述為：
[0092]上式(5)中，Ld為以液滴形式存在的漿液噴淋量，單位為L/h，近似為總漿液流量L 的92% dd為液滴的下落速度，單位m/s; d為液滴的Sauter平均直徑，單位為m，液滴直徑d根 據(jù)如下公式(6)進(jìn)行計(jì)算：
[0093] d = 133.0.(D/2).We-0.74 (6)，
[0094] h式中，韋博數(shù)We枏據(jù)公式（7)講行計(jì)筧：
[0096]上式中，為噴嘴衆(zhòng)液的噴出速度，單位為m/s，根據(jù)動(dòng)量守丨旦方程wi.4=戶進(jìn) 行計(jì)算，其中，nu為噴嘴噴出漿液的質(zhì)量流量，單位為kg/s，通過測量得到;Pi為噴嘴運(yùn)行壓 力，單位為MPa，通過測量得到;d k為噴嘴孔徑，單位m，直接測量得到；〇為漿液表面張力，N/ m。本實(shí)施例中，漿液密度P為1273 ? 9kg ? nf3，漿液表面張力〇為0 ? 073N/m，噴嘴運(yùn)行壓力PiS 0.4MPa，噴嘴孔徑dk為4 X 10-3m，計(jì)算得到4為15m/s，聯(lián)立式(6)和(7)，計(jì)算出液滴的直徑d 為1.3 X l(T3m，考慮到液滴的凝并，取液滴直徑d為2.0 X l(T3m，從而減小計(jì)算誤差。
[0097] 公式(5)中液滴下落速度Ud表述為：
[0099] 該公式中，g為重力加速度，單位為m/s2;Pd、Pg分別為液滴密度和氣體密度，單位均 為kg/m 3，其中液滴密度Pd即為噴淋塔內(nèi)漿液密度P; ug為氣體速度，單位m/s，通過下式計(jì)算 得到：
[0100] ug = Q/(360〇JiD2)/4 (9)，
[0101]公式(8)中Cd為曳力系數(shù)，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：
[0103]上式中，雷諾數(shù)Red根據(jù)公式(11)進(jìn)行計(jì)算：
[0105] 上式中，氣體粘度yg通過查《化學(xué)化工物性手冊》獲得;液滴的運(yùn)動(dòng)方程為：
[0106] ￡\由=tfe (12),
[0107] 通過查詢《化學(xué)化工物性手冊》得到煙氣密度Pg取1.23kg/m3,煙氣流速u gSl .76m/ 8，煙氣粘度1%為1.81\10-午&%，微元高度如取0.01111，聯(lián)立公式(5)~（12)，沿噴淋塔吸收 區(qū)高度方向上積分即計(jì)算出液滴表面積Ad為0.199m 2。
[0108] 噴淋塔氨法脫硫過程中，部分漿液落在噴淋塔壁上并形成液膜，塔壁液膜在與煙 氣接觸的過程中參與S02吸收反應(yīng)，噴淋塔壁液膜的面積^按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0109] Am=^(D-2hm) ? dz (13)，
[0110] 式（13)中，hm為噴淋塔壁液膜厚度，單位為m，噴淋塔壁液膜按層流流動(dòng)考慮，其厚 度hm可按Feind公式計(jì)算：
[0112] 上式中，Rem為液膜流動(dòng)雷諾數(shù)，根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：
[0113] Rem=4LmP/3idy (15)，
[0114] 公式（15)中，Lm為塔壁液體流量，L/h，近似為總漿液流量L的8%，漿液運(yùn)動(dòng)粘度V 為0.79X10-6m2/s，漿液粘度y為1.005 X 10-3Pa ? s，微元高度為0.01m，聯(lián)立公式（13)~ (15)，沿噴淋塔吸收區(qū)高度方向上積分即計(jì)算出噴淋塔壁液膜厚度為0.0031m，噴淋塔壁液 膜面積Am為1.84m 2。
[0115] 將實(shí)驗(yàn)測得的噴淋塔進(jìn)、出口 S02濃度ydPy2,以及計(jì)算得到的液滴表面積Ad和塔 壁液膜面積Am帶入式(4)，可以計(jì)算得到S0 2吸收傳質(zhì)速率ky為3.11kmol/(m2 ? h)。同理，改 變pH、煙氣流速％和漿液噴淋量L，計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)速率k y。
[0116] 本實(shí)施例中，氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)速率ky的計(jì)算式即公式(3)的推導(dǎo)過程如下：
[0117] 氨法脫硫過程中，穩(wěn)態(tài)條件下S02的傳質(zhì)速率可表述為：
[0118] nSB2 =kap-p：〇,) (16)，
[0119] 其中，Kg為氣相總傳質(zhì)速率，p和!^分別為S〇2在氣相主體和相界面上的分壓，根據(jù) 雙膜理論，氣相總傳質(zhì)速率Kg與氣、液相傳質(zhì)分速率kt；、ki的關(guān)系可表述為：
[0121] 上式中，H為S〇2溶解度系數(shù)，單位為mol/m3。
[0122] 由于S02易溶于水，S02溶解度系數(shù)較大，氨法脫硫S02液相傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)， 傳質(zhì)總阻力等于氣相傳質(zhì)分阻力，式(17)可表達(dá)為：
[0124] 因此，式（16)可轉(zhuǎn)化為：
[0125] Nm： =K(p-pi〇,) = /f, (,v-.v,) (19)，
[0126] 在吸收塔高度方向上dz微元內(nèi)對S02進(jìn)行物料衡算(如附圖2、附圖3所示），得到如 下方程：
[0128] 式中，a為傳質(zhì)接觸面積，m2/m3;y為氣相主體中S02的摩爾分率，yi為氣液界面處S0 2 的平衡摩爾分率;G為煙氣摩爾流率，kmol/(m2 ? h)。
[0129] 式(20)可轉(zhuǎn)化為：
[0131] 由溶液中H2S03、HSO;和SOf的分布系數(shù)（公開號：CN 105032154A)可知，在氨法脫 硫的pH范圍（pH為4.0~6.0)內(nèi)，溶液中的硫主要以1 ISa形式存在，H2S03的量極少，幾乎沒 有游離態(tài)的S02,因而氣相中的S0 2的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣液界面的S02的體積分?jǐn)?shù)，即y>> yi。另外，燃煤煙氣中S〇2的濃度較低，式(21)可以簡化為：
[0132] Gdy = kyaydz (22),
[0133] 式(22)可轉(zhuǎn)化為：
[0135]沿吸收塔高度上從上向下對式(23)兩邊進(jìn)行積分(如附圖3所示）：
[0137]式中，yi、y2分別為噴淋吸收塔進(jìn)、出口煙氣中S〇2的摩爾分率(體積比濃度）；Z為噴 淋塔吸收區(qū)高度，m;由積分式(24)計(jì)算可得：
[0139] 因此，由公式(25)即可推導(dǎo)出氣相分傳質(zhì)速率ky的表達(dá)式：
[0140] 表2不同實(shí)驗(yàn)條件下氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)速率

[0143] 步驟三、氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式的構(gòu)建：
[0144] 選取pH值、煙氣流速％和液氣比L/Q為參數(shù)，構(gòu)建S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式如下：
[0145] -p/gp (丄），
[0146] 上式中k〇為系數(shù)，XI、X2和x3均為指數(shù)，對上式兩邊取對數(shù)可得：
[0147] In k/y=ln k〇+xi In pH+X2 In ug+X3 ln(L/Q) (2)，
[0148] 將步驟二中通過測量計(jì)算所得的氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)速率ky與pH、ug&L/Q(具體 數(shù)據(jù)見表2所示)按公式(2)進(jìn)行多元線性擬合，確定系數(shù)k Q及指數(shù)X1、X2和X3的值，進(jìn)而重新 構(gòu)建出氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì)速率ky的表達(dá)式，本實(shí)施例重新構(gòu)建的氨法脫硫s〇2吸收傳質(zhì) 速率k/的表達(dá)式為：6
[0149] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中氨法脫硫噴淋塔及脫硫工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果在很大程度上依賴 于氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式的準(zhǔn)確性，
[0150] 由于現(xiàn)有技術(shù)中氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式不能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反 映S02吸收傳質(zhì)過程，從而不能有效用于指導(dǎo)氨法脫硫噴淋塔工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行，導(dǎo)致 氨法脫硫工藝的脫硫效率不能得到有效提高?；诖耍l(fā)明人一直致力于氨法煙氣脫硫工 藝的研究，發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氨法煙氣脫硫工藝中S0 2吸收傳質(zhì)過 程主要受噴淋塔內(nèi)漿液pH值、煙氣流速％和液氣比L/Q的影響較大，因此其選用這三個(gè)參數(shù) 為計(jì)算參數(shù)，重新構(gòu)建出氨法煙氣脫硫S0 2吸收傳質(zhì)速率與pH值、ug&L/Q之間的計(jì)算表達(dá) 式。采用本發(fā)明的方法得到的氨法煙氣脫硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)能夠更加真實(shí)、準(zhǔn)確地反映氨 法脫硫工藝中的S02傳質(zhì)吸收過程，從而能夠直接、有效地用于指導(dǎo)氨法脫硫噴淋塔及脫硫 工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行，更具有實(shí)際意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0151] 此外，本發(fā)明的氨法煙氣脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)的計(jì)算方法，通過對噴淋塔內(nèi)液滴 運(yùn)動(dòng)和塔壁液膜流動(dòng)的理論分析，在計(jì)算氨法脫硫S0 2吸收傳質(zhì)系數(shù)的過程中全面考慮了 噴淋液滴面積和塔壁液膜面積的影響，建立的傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式不只是針對特定的噴淋吸收 塔有效，具有普遍適用性。
[0152] 2、氨法脫硫S02吸收傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
[0153] 采用如圖1所示的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.5，煙氣流速ug為1.76m/ s，液氣比為3L/m 3，實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為184ppm，聯(lián)立式 (3)~(15)計(jì)算得到的S02吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.11kmol/(m 2 ? h)。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.5，Uf^1.76m/S， 液氣比為3L/m3代入建立的氨法脫硫S02傳質(zhì)速率表達(dá)式：x續(xù)嚴(yán)，計(jì) 算得到S02吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.08kmol/(m2 ?!〇,二者之間的誤差為1.1%。因此，采用本發(fā)明 的方法得到的S02吸收傳質(zhì)系數(shù)較為準(zhǔn)確，能夠較好地反映的S0 2吸收傳質(zhì)過程。
[0154] 實(shí)施例2
[0155] 采用如實(shí)施例1中的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.5，煙氣流速ug為 3.34m/s，液氣比為3L/m 3，實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為 233ppm，聯(lián)立式(3)~（15)計(jì)算得到的S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.545kmol/(m 2 ? h)，計(jì)算方法同 實(shí)施例1。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.5，％為3.34m/s，液氣比為3L/m3代入建立的氨法脫硫S0 2傳質(zhì)速 率表達(dá)式，計(jì)算得到S02吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.54kmol/(m2 ? h)，二者之間的誤差僅為0.13%。
[0156] 實(shí)施例3
[0157] 采用如實(shí)施例1中的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.68，煙氣流速％為 2.16m/s，液氣比為3L/m3,實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為 183.7ppm，聯(lián)立式(3)~（15)計(jì)算得到的S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.75kmol/(m 2 ? h)，計(jì)算方法同 實(shí)施例1。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.68，％為2.16m/s，液氣比為3L/m3代入建立的氨法脫硫S0 2傳質(zhì) 速率表達(dá)式，計(jì)算得到S02吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.60kmol/(m2 ? h)，二者之間的誤差為3.94%。
[0158] 實(shí)施例4
[0159]采用如實(shí)施例1中的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.95，煙氣流速％為 2.16m/s，液氣比為3L/m3,實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為 162ppm，聯(lián)立式(3)~（15)計(jì)算得到的S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為4.45kmol/(m2 ? h)，計(jì)算方法同實(shí) 施例1。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.95，％為2.16m/s，液氣比為3L/m3代入建立的氨法脫硫S0 2傳質(zhì)速 率表達(dá)式，計(jì)算得到S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為4.23kmol/(m2 ? h)，二者之間的誤差為4.86%。 [0160] 實(shí)施例5
[0161 ]采用如實(shí)施例1中的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.5，煙氣流速ug為 2.16m/s，液氣比為2.5L/m3，實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為 235ppm，聯(lián)立式(3)~（15)計(jì)算得到的S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為2.41kmol/(m 2 ? h)，計(jì)算方法同實(shí) 施例1。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.5，ugS2.16m/s，液氣比為2.5L/m 3代入建立的氨法脫硫S02傳質(zhì)速 率表達(dá)式，計(jì)算得到S02吸收傳質(zhì)系數(shù)為2.83kmol/(m 2 ? h)，二者之間的誤差為14.6%。
[0162] 實(shí)施例6
[0163] 采用如實(shí)施例1中的噴淋塔氨法脫硫?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)，控制漿液pH為5.5，煙氣流速ug為 2.16m/s，液氣比為3L/m 3,實(shí)驗(yàn)測得噴淋塔進(jìn)口 S02濃度為360ppm，噴淋塔出口 S02濃度為 220ppm，聯(lián)立式(3)~（15)計(jì)算得到的S〇2吸收傳質(zhì)系數(shù)為2.74kmol/(m 2 ? h)，計(jì)算方法同實(shí) 施例1。將實(shí)驗(yàn)條件pH為5.5，ugS2.16m/s，液氣比為3L/m3代入建立的氨法脫硫S0 2傳質(zhì)速率 表達(dá)式，計(jì)算得到302吸收傳質(zhì)系數(shù)為3.221〇11〇1/( 1112?11)，二者之間的誤差為14.77%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，包括噴淋塔本體（10)，該噴淋塔本體（10)內(nèi)部自上而下 依次包括除霧區(qū)、噴淋區(qū)和漿液槽(11)，除霧區(qū)設(shè)有除霧器(9)，除霧器(9)的上方設(shè)有煙氣 出口，所述噴淋區(qū)設(shè)有噴淋管，噴淋管的進(jìn)水口通過循環(huán)管道及循環(huán)栗（12)與漿液槽（11) 底部相連通，其特征在于:還包括氣壓式加氨系統(tǒng)，該氣壓式加氨系統(tǒng)包括氨水罐(14)和氣 栗(8)，氨水罐（14)的進(jìn)氣口通過管道與氣栗(8)相連，且氨水罐（14)的出液口通過管道與 循環(huán)栗（12)的輸出口相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，其特征在于:所述噴淋塔本體（10) 側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口通過進(jìn)氣管與混合罐(7)相連，該混合罐(7)分別通過管道與SO 2鋼瓶 (1)及氧化風(fēng)機(jī)(4)相連，來自SO2鋼瓶（1)的SO2氣源與來自氧化風(fēng)機(jī)(4)的空氣經(jīng)混合罐(7) 混合均勻后通過噴淋塔本體(10)側(cè)壁底部的煙氣進(jìn)口管道進(jìn)入噴淋塔本體(10)內(nèi)部。3. -種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在于:該方法基于噴淋塔氨 法煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)，選取噴淋塔內(nèi)漿液PH值、煙氣流速％和液氣比L/Q為參數(shù)，先計(jì)算 出不同PH值、煙氣流速％及液氣比L/Q條件下的氨法脫硫SO 2吸收傳質(zhì)速率ky，然后采用數(shù)值 擬合的方法重新構(gòu)建出具有普遍適用性的氨法脫硫SO 2吸收傳質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在于： 所述噴淋塔內(nèi)漿液pH值的范圍為4.5~6.0，煙氣流速％的范圍為2.0~4. Om/s，液氣比L/Q 的范圍為2.0~4.0L/m3。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在 于:其具體步驟如下： 步驟一、確定如下參數(shù):氨法脫硫系統(tǒng)噴淋塔的D、G、L、pH、P、Q、T、yi、y2、Z、P、y、v、 〇; 其中，D為噴淋塔直徑，通過直接測量得出，單位m; L為漿液噴淋量，通過流量計(jì)測量得 出，單位為L/h;pH為噴淋塔內(nèi)漿液pH值，由pH計(jì)測量得到;P為煙氣總壓力，近似與大氣壓相 等，為101325Pa; Q為煙氣流量，通過流量計(jì)測量得出，單位m3/h; T為煙氣溫度，通過溫度傳 感器測量得出，單位K;G為煙氣摩爾流率，根據(jù)公式G=HT3 · PQ/(RTjtD2)/4計(jì)算得出，單位 為kmol/(m2 別為噴淋塔進(jìn)口、出口煙氣中SO 2的摩爾分率，由煙氣分析儀測得， 單位均為ppm; Z為噴淋塔吸收區(qū)高度，直接測量得到，單位m; P為噴淋塔內(nèi)漿液密度，通過密 度計(jì)測量得到，單位kg/m3;漿液的粘度μ和表面張力σ分別利用粘度計(jì)和表面張力儀測得， 其單位分別為Pa · s和N/m;v為楽:液的運(yùn)動(dòng)粘度，根據(jù)公式ν=μ/ρ計(jì)算得出，單位m2/s; 步驟二、氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)速率的計(jì)算： 啟動(dòng)氨法脫硫噴淋塔系統(tǒng)，改變漿液pH值、煙氣流速Ug和漿液噴淋量L，測定不同pH值、 煙氣流速％和液氣比L/Q條件下噴淋塔進(jìn)、出口煙氣中SO2的濃度yi、y2，通過對液滴運(yùn)動(dòng)和 塔壁液膜流動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算，確定氣-液傳質(zhì)接觸面積a，進(jìn)而計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的氨法 脫硫SO 2吸收傳質(zhì)速率ky; 步驟三、氨法脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)表達(dá)式的構(gòu)建： 選取pH值、煙氣流速％和液氣比L/Q為參數(shù)，構(gòu)建SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式如下： -a/gF (1)， 上式中k〇為系數(shù)，Xl、X2和X3均為指數(shù)，對上式兩邊取對數(shù)可得： Ink7 y= lnk〇+xilnpH+X2lnug+X3ln(L/Q) (2)， 將步驟二中通過測量計(jì)算所得的氨法脫硫SO2吸收傳質(zhì)速率ky與pH、ug&L/Q按公式(2) 進(jìn)行多元線性擬合，確定系數(shù)k〇及指數(shù)XI、X2和X3的值，進(jìn)而重新構(gòu)建出氨法脫硫S〇2吸收傳 質(zhì)系數(shù)k/的表達(dá)式。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在于： 步驟二中不同條件下的氨法脫硫SO 2吸收傳質(zhì)速率ky根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：式(3)中，a為噴淋塔內(nèi)氣-液傳質(zhì)接觸面積，單位為m2/m3，包含兩部分:一是噴淋塔內(nèi)液 滴的比表面積Ad/(( JtD2/4 )Z)，m2/m3;二是噴淋塔壁液膜的比表面積Am/(( jtD2/4) Z)，m2/m3，因 此公式(3)可表述為如下形式：7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在于： 所述噴淋塔微元內(nèi)液滴的表面積Ad根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：上式(5)中，Ld為以液滴形式存在的漿液噴淋量，單位為L/h; Ud為液滴的下落速度，單位 m/s; d為液滴的Sauter平均直徑，單位為m，液滴直徑d根據(jù)如下公式(6)進(jìn)行計(jì)算： d=133.0 · (D/2) · We-Q.74 (6)， 上式中，韋博數(shù)We根據(jù)公式(7)進(jìn)行計(jì)算：上式中，為噴嘴衆(zhòng)液的噴出速度，單位為m/s，根據(jù)動(dòng)量守丨旦方程=P1TicZ42進(jìn)行計(jì) 算，其中，πη為噴嘴噴出漿液的質(zhì)量流量，單位為kg/s，通過測量得到;^為噴嘴運(yùn)行壓力，單 位為MPa，通過測量得到;d k為噴嘴孔徑，單位m; 〇為漿液表面張力，N/m; 公式(5)中液滴下落速度Ud表述為：C8), 該公式中，g為重力加速度，單位為m/s2;Pd、Pg分別為液滴密度和氣體密度，單位均為 kg/m3，其中液滴密度Pd即為噴淋塔內(nèi)漿液密度P; Ug為氣體速度，單位m/s，通過下式計(jì)算得 到： ug = Q/(360〇3iD2)/4 (9)， 公式(8)中Cd為曳力系數(shù)，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：上式中，雷諾數(shù)Red根據(jù)公式（11)進(jìn)行計(jì)算：(12)， 輸逾的;云云fl卞*?呈為： 聯(lián)立公式(5)~（12)，沿噴淋塔吸收區(qū)高度方向上積分即計(jì)算出液滴表面積Ad; 所述噴淋塔壁液膜的面積照如下公式進(jìn)行計(jì)算：式(13)中，hm為噴淋塔壁液膜厚度，單位為m，根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：上式中，Rem為液膜流動(dòng)雷諾數(shù)，根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算： Rem - 4LmP/兀(15)， 公式（15)中，Lm為塔壁液體流量，L/h;聯(lián)立公式（13)~（15 )，沿噴淋塔吸收區(qū)高度方向 上積分即計(jì)算出噴淋塔壁液膜面積Am。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氨法煙氣脫硫SO2吸收傳質(zhì)系數(shù)的確定方法，其特征在于： 塔壁液體流量Lm和以液滴形式存在的漿液量Ld分別近似為總漿液流量L的8%、92%。
【文檔編號】B01D53/50GK106000041SQ201610384391
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】賈勇, 殷李國, 吳勝華, 陳 光, 李智芳, 丁希樓, 陳宜華, 戴波
【申請人】安徽工業(yè)大學(xué)